第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

在现代社会的诸多领域，液位的检测与控制始终是一项关键任务。无论是城市供水系统中对水塔水位的精准把控，确保居民能稳定获取生活用水；还是工业生产里，像化工、制药等行业对于各类液体原料储存罐液位的严格管理，避免因液位异常引发生产事故或资源浪费，液位相关的管控都至关重要。

传统的液位检测与控制方法往往依赖人工现场观测和手动操作，不仅效率低下，而且难以做到实时、精准的监控与调控。随着科技的不断发展，虽然有部分自动化的液位控制系统出现，但仍存在诸多不足。一些系统自动化程度有限，仅能实现简单的高低水位报警，却无法自动进行后续的加水或抽水操作；还有些系统缺乏远程控制功能，使用者只能在现场进行操作，极大地限制了使用的便捷性与灵活性。

在此背景下，开展基于单片机的液位检测与控制系统的设计意义重大。一方面，借助超声波传感器模块的高精度检测能力，能够准确获取液位信息，为后续控制提供可靠的数据基础。STM32单片机强大的运算和控制性能则可以对这些数据进行快速处理，结合继电器模块合理控制水泵，实现自动模式下依据水位高低的精准抽水或加水，有效提高了液位控制的自动化水平，降低人工成本与失误率。另一方面，融入ESP8266WiFi模块，通过手机APP实现手动控制，让使用者可以远程操控，打破了空间限制，方便随时随地对液位进行管理，增强了系统的实用性和适用性，能广泛应用于多种不同的场景，有力推动相关行业的发展与进步。

1.2 国内外研究现状

在液位检测与控制系统的研究方面，国内外均取得了诸多成果，同时也在持续探索创新，以满足不断发展的实际需求。

国外很早就开始重视液位相关技术的研发，在传感器技术、控制系统集成等方面有着深厚的积累。例如，一些发达国家的科研团队率先将高精度的超声波传感器应用于液位检测，通过不断优化传感器的性能，提高其测量精度、稳定性以及抗干扰能力，使得液位检测的数据更加可靠。在控制系统方面，国外利用先进的微处理器技术，开发出功能强大且智能化程度较高的控制平台，不仅能实现基本的液位自动调节，还能与工厂的自动化生产管理系统深度融合，实现整体的高效协同运作。同时，在无线通信技术应用上也较为领先，借助成熟的网络通信协议，实现远程监控与操作，方便企业进行集中管理与调配。

国内在这一领域的研究起步稍晚，但发展势头迅猛。近年来，随着我国制造业水平的不断提升以及对自动化、智能化技术的高度重视，液位检测与控制系统也取得了显著进步。在传感器研发上，国内企业和科研机构积极创新，逐步缩小与国外的差距，部分国产超声波传感器在性价比方面展现出优势，被广泛应用于各类液位检测场景。在控制系统方面，以单片机为核心的控制方案不断完善，如STM32单片机被大量应用，开发出的系统具备良好的可扩展性和适应性。而且，针对国内不同行业的多样化需求，还拓展出了诸如多液位监测、复杂环境下的精准控制等特色功能。同时，在物联网技术蓬勃发展的背景下，国内也加快了液位系统与WiFi、蓝牙等无线通信技术结合的步伐，实现通过手机等终端远程控制，提高了系统的便捷性和实用性，在城市供水、农业灌溉以及工业生产等诸多领域都发挥了重要作用。

不过，国内外目前都还面临一些共同的挑战，比如在复杂工况下进一步提高系统的稳定性、降低能耗以及如何更好地实现不同系统间的互联互通等，仍有待进一步深入研究和突破。

1.3 研究内容与方法

本课题的研究内容主要围绕液位检测与控制系统展开。先是着重探究液位检测方法，通过合适的传感器实现对液位精准且实时的测量，获取可靠数据。在此基础上，深入研究控制系统的构建，设计出能高效处理液位数据，并依据设定规则准确控制水泵等执行部件工作的控制逻辑，实现自动和手动两种模式下的液位调节功能。同时，对系统的显示模块、无线通信模块进行优化，保障信息直观呈现且远程操作稳定。

研究方式上，先是查阅大量相关的学术文献、行业资料，了解前人的研究成果与存在的不足，为课题开展提供理论支撑。随后开展实验测试，搭建模拟环境，对系统各功能模块进行反复调试与验证，根据测试结果不断改进完善，确保系统达到预期的性能与功能要求。